Linux 0.11 源码阅读笔记-启动程序

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如题.

总览

启动程序 boot

启动引导时内核在内存中的位置和移动情况
bios-boot

  1. 80x86结构的CPU开机后, 从0xFFFF0开始自动执行代码, 通常是 ROM-BIOS中的地址.
    BIOS在内存地址0处初始化中断向量, 然后将可启动设备的第一个扇区(磁盘引导扇区, 512字节)读入内存地址0x7C00处.
  2. bootsect.s 被BIOS读入到内存地址 0x7C00(31Kb) 处开始运行后, 立刻把自己移到 0x90000(576Kb) 处.
  3. 接着, bootsect.s 把 setup.s 读入到 0x90200 处, system模块(即内核)读入到 0x10000 处.
    • 此版本内核模块不会超过 0x80000, 即512K大小, 因此不会覆盖掉0x90000处的内容
    • setup.s 需要一些 ROM BIOS 保留下来的一些系统参数(如显卡模式, 硬盘参数等), 这些参数被BIOS放在内存起始处, 大小为1Kb.
    • 因而 bootsect.s 只能先把内核放到 0x10000 处而不是直接放到 0x0000 处!
  4. bootsect.s 把执行权交给 setup.s.
  5. 然后, setup.s 把BIOS预留在内存起始处的参数存储到0x90000处(覆盖了bootsect.s), 再把system模块移到内存起始处 (0x0000)
  6. setup.s 把执行权交给 head.s, linux系统代码加载过程完成, linux开始启动!

备注:

  • 启动过程涉及到很多80x86的硬件知识, 没必要深究, 重点是理解启动过程和思路!
  • 因为目录linux早已支持arm体系结构, 嵌入式也以arm为主. 涉及到硬件的部分需要时再深入了解即可.

bootsect.s

  • bootsect.s 是磁盘引导块程序, 放在磁盘的一个扇区中(引导扇区).
  • PC上电, BIOS自检后, BIOS会把引导扇区bootsect加载到内存地址0x7C00处并执行.
  • bootsect 立刻把自己挪到 0x90000 处并继续执行
  • 利用BISO中断0x13获取启动引导盘参数, 准备读取1.44MB启动磁盘内的后续部分(setup.s + system模块)
  • 加载 setup.s 到 0x90200 处
  • 在屏幕上显示 “Loading system…”
  • 把system模块加载到0x10000处
  • 长跳到 setup.s, 执行 setup.s

setup.s

  • setup.s 是一个操作系统加载程序. 主要作用读取BIOS保留的系统参数, 移动system模块到内存0x0000处, 并执行head.s代码
  • setup.s 首先是把BIOS预留在内存0x0000处的参数保存到内存 0x90000 处, 会覆盖掉已经没有用的 bootsect.s 代码
  • 主要参数有: 光标位置, 扩展内存数, 显示页面, 显示模式, 字符列数, 显示内存, 显示状态, 显卡特性, 硬盘参数, 根设备号
  • 接着 setup.s 将system模块从 0x10000-0x8ffff 整体向下移动到 0x0000 处.
  • 然后 setup.s 加载 idtr 和 gdtr (中断/全局描述符表寄存器), 重设中断号, 设置CPU进入32位保护模式运行
  • 跳转到 system模块的 head.s 继续运行(运行在32位保护模式下)

setup.s 结束后内中的程序示意图
setup-memory

head.s

  • head.s 位于整个linux操作系统最前面, 主要功能就是为linux的执行检测和初始化系统环境
  • 设置系统堆栈
  • 设置idt(中断描述符表) 和 gdt(全局表述符表)
  • 检测A20地址线是否已真的开启 (就是能读取1M以上的内存地址)
  • 将页目录表放在内存地址0处 (会覆盖自己idt部分的内容)
  • 最后, heads利用返回指令, 弹出main.c的入口地址, 运行main()程序

head.s 结束后, system模块在内存中的示意图
head-memory

main.c

main初始化完成后, 内存功能示意图
maim-memory

内核初始化程序流程示意图
maim-flow

调用fork创建新进程
fork-function

进程(process), 进程组(process group) 和 会话期(session) 的关系图
session-process

  • 一般一个用户登录后, 其所有程序属于同一个session. 用途很多, 譬如便于发出终止信号结束所有进程.

参考

原创于 DRA&PHO